TAP.COM - EKSTRAKSI KONSENTRAT NEODIMIUM MEMAKAI ASAM DI- 2 ...
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
EKSTRAKSI KONSENTRAT NEODIMIUM MEMAKAI
ASAM DI- 2 - ETIL HEKSIL FOSFAT
MV PURWANI, SUYANTI, MUHADI AW
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN
Jl. Babarsari Kotak Pos 1008, DIY 55010
Telp. 0274.488435, Faks 487824
Abstrak
EKSTRAKSI KONSENTRAT NEODIMIUM MEMAKAI ASAM DI- 2 - ETIL HEKSIL FOSFAT. Telah
dilakukan ekstraksi konsentrat Nd hasil olah pasir monasit. Sebagai fasa air adalah konsentrat Nd(OH)3
dalam HNO3 dan sebagai ekstraktan atau fasa organik adalah asam di- 2 - etil heksil fosfat (D2EHPA)
dalam kerosen. Parameter yang diteliti konsentrasi HNO3, konsentrasi umpan, konsentrasi D2EHPA dalam
kerosen, waktu pengadukan dan kecepatan pengadukan .Dari hasil penelitian optimasi proses ekstraksi
neodimium dari konsentrat Nd(OH)3 hasil olah pasir monasit dengan ekstraktan D2EHPA diperoleh
kesimpulan sebagai berikut: konsentrasi HNO3 yang optimum 5 M, konsentrasi umpan 5 gram/10 mL,
konsentrasi D2EHPA – kerosen 6 %, Waktu pengadukan yang optimum 25 menit, kecepatan pengadukan
200 rpm. Pada kondisi ini diperoleh Kd Nd = 0,24; efisiensi ekstraksi Nd = 19,60 %; FP Nd-La = ≈ ∞
(mendekati tak terhingga); FP Nd-Ce =0,27 ( FP Ce – Nd = 3,71 ) dan FP Nd-Y = 2,56.
Kata kunci : Ekstraksi, Neodimium, D2EHPA
Abstract
THE EXTRACTION OF NEODIMIUM CONCENTRATE USING DI – ETHYL HEXYL PHOSPHORIC
ACID. The Extraction of Neodimium concentrate product from monazite sand has been done. The aquous
phase was Nd(OH)3 in Nd(OH)3 and organic phase was or solvent di – ethyl hexyl phosphoric acid (D2EHPA)
in kerosene. The concentration of HNO3, concentration of feed, concentration of D2EHPA in kerosene, time
and rate of agitation were observed from the optimation of extraction process neodimium from Nd(OH)3
concentrated with D2EHPA, were obtained: concentration of HNO3 was 5 M, concentration of feed was 5
gram/10 mL, time concentration of D2EHPA in kerosene was 6 %, time of agitation was 25 minutes and rate
of agitation was 200 rpm.. At this condition wee otained Kd Nd = 0,24; extraction afficiency of Nd = 19,60
%. Separation Factor ( SF ) of SF Nd-La = ≈ ∞ (infinte); SF Nd-Ce =0,27 ( SF Ce – Nd = 3,71 ) and SF NdY = 2,56.
Keywords: Extraction, Neudinium, D2EHPA
PENDAHULUAN
Neodimium ditemukan oleh Welsbach
pada tahun 1885. Unsur tersebut mempunyai
nomor atom 60, massa atom 144,2 g mol-1,
densitas 7,0 g cm-3, titik leleh 1024 oC, dan titik
didih 3047oC[1]. Neodimium termasuk unsur
logam tanah jarang yang keberadaannya
berlimpah setelah serium, dapat ditemukan
dalam pasir monasit, termasuk dalam golongan
lantanida. Neodimium merupakan
logam
MV Purwani dkk
kuning keperakan yang berkilauan serta sangat
reaktif, merupakan salah satu unsur tanah
jarang yang dapat ditemukan pada peralatanperalatan rumah seperti televisi berwarna,
lampu pijar, dan lampu hemat energi.
Campuran logam neodimium, besi, dan boron
digunakan dalam pembuatan magnet permanen.
Magnet ini adalah bagian dari komponen
kendaraan, selain itu digunakan untuk
penyimpan data pada komputer dan digunakan
pada loudspeaker[2, 3]
439
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Pasir monasit adalah mineral yang
mempunyai bentuk ikatan fosfat yang
mengandung Th dan logam tanah jarang (LTJ).
Rumus kimia pasir monasit secara umum
dituliskan (LTJ-Th)PO4[4]. Di Indonesia pasir
monasit yang diperoleh dalam pasir dari
Bangka yang merupakan hasil samping
pengolahan timah dari penambangan timah oleh
PT. Timah. Hasil samping ini berupa pasir yang
dibuang di laut Bangka dan sekitarnya.
Neodimium hidroksida merupakan hasil olah
pasir monasit.
Pemisahan Nd dari konsentrat Nd(OH)3
hasil olah pasir monasit perlu dilakukan
mengingat akan kegunaan dan harga Nd yang
mahal. Untuk memisahkan Nd dilakukan
dengan proses ekstraksi pelarut. Ekstraksi
pelarut menyangkut distribusi suatu zat terlarut
(solut) di antara dua fasa air yang tidak saling
bercampur[3]. Teknik ekstraksi sangat berguna
untuk pemisahan secara cepat dan “bersih” baik
untuk zat organik maupun zat anorganik. Cara
ini dapat digunakan untuk analisis makro
maupun mikro. Melalui proses ekstraksi, ion
logam dalam pelarut air ditarik keluar dengan
suatu pelarut organik (fasa organik). Secara
umum, ekstraksi ialah proses penarikan suatu
zat terlarut dari larutannya di dalam air oleh
suatu pelarut lain yang tidak dapat bercampur
dengan air (fasa air). Tujuan ekstraksi ialah
memisahkan
suatu
komponen
dari
campurannya dengan menggunakan pelarut.
Menurut Khopkar[6], beberapa cara dapat
mengklasifikasikan sistem ekstraksi. Cara
klasik adalah mengklasifikasikan berdasarkan
sifat zat yang diekstraksi, sebagai khelat atau
sistem ion berasosiasi. Ada sistim ekstraksi
yang melibatkan pembentukan pasangan ion.
Ekstraksi berlangsung melalui pembentukan
spesies netral yang tidak bermuatan diekstraksi
ke fasa organik.
Pada penelitian sebelumnya telah
dilakukan ekstraksi dengan tri butil fosfat
(TBP). Hasil yang telah dicapai dari ekstraksi
Nd dengan TBP-kerosen 15% adalah Kd Nd =
0,2; efisiensi ekstraksi Nd = 17,00 %; FP Nd-La
= ≈ ∞ (mendekati tak terhingga); FP Nd-Ce
=0,20 dan FP Nd-Y = 4,36. dengan pemakaian
TBP – Kerosen 15%. Untuk meningkatkan hasil
ekstraksi, dalam percobaan ini dicoba dipakai
Asam di-2-etil heksil fosfat (D2EHP) sebagai
solven, karena D2EHPA merupakan senyawa
yang lebih kuat untuk mengekstrak Nd.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
Asam di-2-etil heksil fosfat (D2EHPA)
merupakan donor yang kuat, yang mempunyai
satu atom H yang dapat digantikan oleh ion-ion
logam, sehingga senyawa ini biasa disebut
dengan senyawa penukar ion. Di samping itu
senyawa D2EHPA mempunyai gugus P=O yang
dapat berkoordinasi dengan ion logam.
Diketahui pelarut D2EHPA biasanya berada
dalam dimer (H2X2) yang tersusun sebagai dua
molekul D2EHPA. Pada keadaan ini akan saling
mengadakan ikatan hidrogen intra molekuler
dengan ion logam yang diekstraksi dengan
hanya memutus satu atau dua ikatan hidrogen
yang terjadi di dalam dimmer. Asam di-2-etil
heksil fosfat memiliki berat jenis 0,97 dan
massa molekul relatifnya adalah 322,43 g/ mol.
Rumus struktur D2EHPA dapat dilihat pada
Gambar 1.
M 3+ + 3 (H 2 X 2 ) ↔ [M (X )3 (HX )3 ] + 3H +
(1)
Reaksi kimia yang terjadi antara logam
tanah jarang dengan D2EHPA adalah sebagai
berikut:
Gambar 1. Rumus struktur D2EHPA
Pada banyak sistem ekstraksi, ekstraktan
dilarutkan dengan suatu pengencer yang tidak
saling bereaksi yang disebut diluen. Pemakaian
diluen terutama untuk memperbaiki sifat fisika
dari fasa organik.
Pelarut
organik
sebagian
besar
mempunyai berat jenis dan kekentalan tinggi,
maka
menyebabkan
sukarnya
proses
pemindahan solut dari fasa air ke fasa organik.
Untuk
mempermudah
proses
tersebut
kekentalan fasa organik harus diturunkan
dengan cara menambahkan pengencer organik.
Salah satu pengencer organik yang sering
digunakan adalah kerosin.
440
MV Purwani dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Menurut
penelitian
Teramoto[7],
neodimium dan lantanum dapat dipisahkan
dengan cara ekstraksi menggunakan ekstraktan
D2EHPA. Pada penelitian tersebut dapat
diketahui bahwa logam yang mempunyi berat
atom lebih besar akan terekstrak lebih cepat.
Menurut hukum distribusi Nerst[8], bila
ke dalam dua pelarut yang tidak saling
bercampur dimasukkan solut yang dapat larut
dalam kedua pelarut tersebut maka akan terjadi
pembagian kelarutan. Dalam praktek solut akan
terdistribusi dengan sendirinya ke dalam dua
pelarut tersebut setelah dikocok dan dibiarkan
terpisah. Perbandingan konsentrasi solut di
dalam kedua pelarut tersebut tetap, dan
merupakan suatu tetapan pada suhu tetap.
Tetapan tersebut disebut tetapan distribusi atau
koefisien distribusi. Koefisien distribusi
dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:
C
C
Kd = 2 atau Kd = o
(2)
C1
Ca
Dengan Kd = koefisien distribusi dan C1, C2, Co,
dan Ca masing-masing adalah konsentrasi solut
pada pelarut 1, 2, organik, dan air. Dari rumus
tersebut jika harga Kd besar, solut secara
kuantitatif akan cenderung terdistribusi lebih
banyak ke dalam pelarut organik, begitu pula
terjadi sebaliknya[9].
Sebagai ukuran keberhasilan untuk suatu
proses ekstraksi sering digunakan besaran
berupa faktor pisah (FP) yakni perbandingan
antara koefisien distribusi suatu unsur dengan
koefisien distribusi unsur yang lainnya.
Persamaan untuk memperoleh FP adalah:
K d1
FP =
(3)
Kd2
Kd1 adalah koefisien distribusi unsur 1
dan Kd2 adalah koefisien distribusi unsur 2.
Efektifitas dalam proses ekstraksi dapat
dinyatakan dengan persen solut yang terekstrak
yang dapat diperoleh dengan persamaan sebagai
berikut:
C
E = 2 × 100%
(4)
F
dengan E adalah efisiensi ekstraksi (%),
C2 adalah konsentrasi solut dalam fasa organik,
dan F adalah konsentrasi umpan untuk
ekstraksi.
MV Purwani dkk
BAHAN DAN TATA KERJA
Bahan
Konsentrat Nd(OH)3 hasil olah pasir
monasit, larutan HNO3 teknis, larutan D2EHPA,
larutan kerosen, akuades , bahan LTJ murni
untuk standar analisis
Alat
Spektrometer pendar sinar X (Ortec
7010), Pengaduk dan pemanas magnetik (Ika ®
Werke), Timbangan (Sartorius 2464), Gelas
kimia berbagai ukuran, Labu ukur berbagai
ukuran, Botol semprot, Pipet volume, Propipet,
Botol kecil ukuran 10 mL Vial, Spex film
TATA KERJA
Variasi Konsentrasi HNO3
Pembuatan larutan HNO3 1, 2, 3, 4, dan 5
M dari larutan HNO3 D2EHPA - kerosen 6 %
sebanyak 100 mL Pembuatan larutan umpan
dilakukan dengan melarutkan masing-masing
20 gram konsentrat Nd(OH)3 ke dalam 100 mL
larutan HNO3 1, 2, 3, 4, dan 5 M. Kemudian
dianalisis dengan spektrometer pendar sinar X.
Memasukkan masing-masing 10 mL larutan
umpan dengan berbagai variasi konsentrasi
asam, ke dalam lima buah gelas kimia 50 mL.
Sebanyak 10 mL larutan D2EHPA 6 %-kerosen
ditambahkan ke dalam larutan tersebut,
kemudian diaduk dengan pengaduk magnetik
selama 15 menit dengan kecepatan 200 rpm.
Memisahkan fasa air dengan fasa organik
hasil ekstraksi untuk tiap konsentrasi, kemudian
dimasukkan ke dalam botol. Mengambil 5 mL
fasa air dari botol dan dimasukkan ke dalam
botol lain untuk selanjutnya dianalisis dengan
spektrometer pendar-sinar X. Konsentrasi
HNO3 yang memiliki faktor pisah tertinggi
digunakan untuk analisis selanjutnya.
Variasi Konsentrasi Umpan
Sebanyak 3, 4, 6, dan 7 gram konsentrat
Nd(OH)3 dilarutkan ke dalam 25 mL larutan
HNO3 yang mempunyai faktor pisah tertinggi
pada variasi konsentrasi HNO3 untuk masingmasing ekstraktan. Pelarutan dilakukan sedikit
demi sedikit dengan pengadukan disertai
pemanasan. Memasukkan masing-masing 10
mL larutan umpan dengan berbagai variasi
konsentrasi umpan ke dalam lima buah gelas
441
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
kimia 50 mL. Sebanyak 10 mL larutan
D2EHPA 6 %-kerosen ditambahkan ke dalam
larutan tersebut, kemudian diaduk dengan
pengaduk magnetik selama 15 menit dengan
kecepatan 200 rpm. Umpan yang memiliki
faktor pisah tertinggi digunakan untuk analisis
selanjutnya.
Variasi Konsentrasi Ekstraktan
Pembuatan larutan D2EHPA 5, 6, 7, 8
dan 10 % dalam kerosen sebanyak 10
mL.Memasukkan masing-masing 10 mL larutan
umpan yang memiliki faktor pisah tertinggi
hasil ekstraksi variasi konsentrasi umpan ke
dalam lima buah gelas kimia 50 mL. Sebanyak
10 mL larutan D2EHPA-kerosen dengan
berbagai variasi konsentrasi (5, 6, 7, 8 dan 10
%) ditambahkan ditambahkan secara berturutturut ke dalam masing-masing larutan tersebut,
kemudian diaduk dengan pengaduk magnetik
selama 15 menit dengan kecepatan 200 rpm.
Konsentrasi ekstraktan yang memiliki faktor
pisah tertinggi digunakan untuk analisis
selanjutnya.
Dilihat dari reaksi yang terjadi maka
dengan bertambahnya konsentrasi HNO3 akan
semakin menambah terbentuknya ion H+,
sehingga reaksi akan bergeser kekiri.
Disamping itu adanya HNO3 berlebih akan
mensolvasi D2EHPA dan menyebabkan
penurunan jumlah D2EHPA untuk bereaksi
dengan logam.
Tabel 1. Pengaruh konsentrasi HNO3
Terhadap Kd dan FP
HNO3
(M)
Reaksi yang terjadi adalah:
H + + NO 3− ↔ HNO 3(a )
(5)
HNO 3(a ) ↔ HNO 3(o )
(6)
Nd (OH )3 + 3HNO 3 → Nd (NO 3 )3 + 3H 2 O (7)
Variasi Kecepatan Pengadukan
Memasukkan masing-masing 10 mL
larutan umpan dengan kondisi ekstraksi optimal
ke dalam lima buah gelas kimia 25 mL.
Sebanyak 10 mL larutan D2EHPA 6 % -kerosen
dengan kondisi ekstraksi optimal ditambahkan
ke dalam masing-masing larutan tersebut,
kemudian diaduk dengan pengaduk magnetik
dengan waktu pengadukan yang memberikan
faktor pisah tertinggi dengan kecepatan 100,
150, 250, dan 300 rpm.
Faktor pisah
(FP)
Ce Y
La
Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
1 ≈ 0 0,41 ≈ 0 0,08
0,19 ≈ ∞
≈∞
2 0,31 0,20 ≈ 0 0,33
1,08
1,68 ≈ ∞
0,89
2,40 ≈ ∞
3 0,34 0,13 ≈ 0 0,31
0,77
2,20 ≈ ∞
4 0,34 0,12 ≈ 0 0,27
0,34
2,56 ≈ ∞
5 0,68 0,09 ≈ 0 0,23
(Konsentrasi umpan 5 g/10 mL, volume FA = FO
= 10 mL, konsentrasi D2EHPA-kerosen 6 %,
kecepatan pengadukan 200 rpm, waktu
pengadukan 15 menit).
Variasi Waktu Pengadukan
Memasukkan masing-masing 10 mL
larutan umpan dengan kondisi ekstraksi
D2EHPA 6 %-kerosen dengan kondisi ekstraksi
optimal ditambahkan ke dalam masing-masing
larutan tersebut, kemudian diaduk dengan
pengaduk magnetik selama 5, 10, 20, dan 25
Waktu pengadukan yang memiliki faktor pisah
tertinggi digunakan untuk analisis selanjutnya.
Koefisien distribusi
(Kd)
[H 2 R 2 ] + 2HNO 3
↔ 2(HR.HNO 3 )
Nd3+ + 2 (HR.HNO3 ) ↔ Nd(NO3 )3.2(HR ) + 2H+
(8)
(9)
Dengan demikian akan menurunkan laju
perpindahan unsur ke fasa organik dan
menyebabkan penurunan harga Kd.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Variasi Konsentrasi HNO3
Harga koefisien distribusi (Kd), faktor
pisah (FP), dan efisiensi ekstraksi (%E)
disajikan pada Tabel 1.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
442
MV Purwani dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Tabel 2. Pengaruh Konsentrasi Umpan Terhadap
Kd,dan Faktor Pisah (FP)
Umpan
(g/10mL)
Gambar 2. Kurva Hubungan Konsentrasi HNO3
Dengan Efisiensi Ekstraksi Menggunakan
Ekstraktan D2EHPA-Kerosen
Proses ekstraksi menggunakan ekstraktan
D2EHPA menghasilkan koefisien distribusi dan
efisiensi ekstraksi seperti yang tersaji pada
Gambar 2 Neodimium akan terekstrak lebih
cepat
daripada
lantanum
sehingga
menghasilkan nilai koefisien distribusi dan
efisiensi ekstraksi yang lebih besar daripada La.
Hal tersebut sesuai dengan pernyataan
Teramoto, et al (1986:238) bahwa logam yang
mempunyai nomor atom lebih besar pada unsur
lantanida akan terekstrak lebih cepat dengan
ekstraktan D2EHPA. Serium (Ce) mempunyai
harga Kd dan efisiensi yang besar karena
mempunyai valensi empat sehingga terekstrak
lebih banyak dari yang lain, sedangkan Y
terekstrak dengan baik karena Y tidak termasuk
logam tanah jarang.
Besarnya faktor pisah untuk variasi
konsentrasi HNO3 dengan ekstraktan D2EHPAkerosen dapat dilihat pada Tabel 1. Kondisi
optimum pemisahan neodimium terjadi pada
konsentrasi HNO3 5 M dengan faktor pisah
sebesar 2,56 untuk Nd-Y, efisiensi ekstraksi Nd
= .40,4%.
Variasi Konsentrasi Umpan
Harga koefisien distribusi (Kd), faktor
pisah (FP), dan efisiensi ekstraksi (%E)
disajikan pada Tabel 2.
MV Purwani dkk
Koefisien distribusi
(Kd)
Faktor pisah
(FP)
Ce
Y
La
Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
0
3
0,32 ≈ 0 0,02 ≈ 0 ≈ 0 ≈ ∞
4
0,36 0,02 ≈ 0 ≈ 0 ≈ 0 ≈ 0 ≈ ∞
5
0,68 0,09 ≈ 0 0,23 0,34 2,56 ≈ ∞
6
1,21 0,13 0,09 0,19 0,16 1,45 2,05
7
0,94 0,09 0,08 0,17 0,18 1,85 2,06
(Konsentrasi HNO3 5 M, volume FA = FO = 10 mL,
konsentrasi D2EHPA kerosen 6 %, kecepatan
pengadukan 200 rpm, waktu pengadukan 15 menit).
Pada Gambar 3 dapat dilihat bahwa
kondisi ekstraksi akan cenderung naik seiring
kenaikan umpan. Pada konsentrasi umpan 6
g/10mL, cenderung memberikan koefisien
distribusi yang paling tinggi, namun pada
kondisi tersebut Nd tidak terpisah dengan baik
dari pengotor-pengotornya, maka berdasarkan
faktor pisahnya yang paling besar diambil
konsentrasi umpan yang paling baik adalah 5
g/10mL.
Gambar 3. Kurva Hubungan Konsentrasi Umpan
Dengan Efisiensi Ekstraksi.
Setelah melewati konsentrasi umpan
6g/10mL, efisiensi ekstraksi cenderung turun
disebabkan fasa air mengalami kejenuhan,
sehingga difusi Nd, Y, La, dan Ce ke fasa
organik menjadi semakin kecil.
Salah
satu
faktor
yang
sangat
berpengaruh terhadap kecepatan perpindahan
massa dari fasa air (FA) ke fasa organik (FO)
adalah besarnya konsentrasi solut dalam
umpan. Hal ini dapat dijelaskan dengan hukum
Fick (Welty, 2002:7):
dC A
(10)
J A,Z = − D AB
dz
443
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
dengan :
JA,Z =
DAB =
c
=
z
=
kecepatan pengadukan 200 rpm, waktu pengadukan
15 menit).
kecepatan transfer massa
difusivitas massa
konsentrasi
lebar lapisan antar fasa
Hal ini dapat dijelaskan melalui
persamaan Stokes-Einstein sebagai berikut
(Welty, 2002:19):
Dari persamaan tersebut dapat diketahui
bahwa variabel konsentrasi berbanding lurus
dengan kecepatan transfer massa, sehingga
semakin besar konsentrasi akan semakin besar
pula kecepatan perpindahan massa.
Pengambilan
kondisi
yang
baik
berdasarkan besarnya faktor pisah antara Nd
dengan Y, La, dan Ce. Hasil terbaik diperoleh
pada konsentrasi umpan 5 g/10mL untuk faktor
pisah (Nd-Y) sebesar 2,56
Variasi Konsentrasi Ekstraktan
Harga koefisien distribusi (Kd), faktor
pisah (FP), dan efisiensi ekstraksi (%E)
disajikan pada Tabel 3. dan Gambar 4 yaitu
kurva hubungan (%E) dengan konsentrasi
ekstraktan. Dari Tabel 3 dan Gambar 4 dapat
dilihat bahwa semakin besar konsentrasi
D2EHPA maka harga Kd akan semakin
meningkat, karena semakin tinggi konsentrasi
D2EHPA maka semakin banyak membentuk
kompleks dengan logam. Serium, lantanum dan
neodimium memiliki harga Kd yang tinggi pada
konsentrasi ekstraktan 10 %, namun tidak
memberikan faktor pemisahan yang baik pada
konsentrasi tersebut.
Faktor pisah yang optimum diperoleh
saat konsentrasi D2EHPA 6 %, untuk
pemisahan (Nd-Y) sebesar 2,56. Pada
konsentrasi tersebut Nd terpisah cukup baik
dari pengotor-pengotornya terutama itrium.
Tabel 3. Pengaruh Konsentrasi Ekstraktan Terhadap
Kd dan FP.
D2EHPA
(%)
Koefisien distribusi
(Kd)
Faktor pisah
(FP)
Ce
Y
La Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
2
0,21 0,02 ≈ 0 0,05 0,23 2,46 ≈ ∞
4
0,24 0,02 ≈ 0 0,05 0,19 2,38 ≈ ∞
6
0,68 0,09 ≈ 0 0,23 0,34 2,56 ≈ ∞
8
3,45 0,36 ≈ 0 0,41 0,12 1,15 ≈ ∞
10
8,34 0,44 ≈ 0 0,50 0,06 1,14 ≈ ∞
(Konsentrasi HNO3 5 M, volume FA= FO = 10 mL,
konsentrasi umpan 5 g/10mL
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
DAB =
dengan :
DAB =
k
T
R
µB
=
=
=
=
kT
6π rµ B
(11)
difusivitas dari A di dalam larutan
encer dalam B
konstanta Boltzmann
suhu
jari-jari partikel zat terlarut
viskositas pelarut
Dari persamaan tersebut dapat diketahui
bahwa difusivitas berbanding terbalik dengan
viskositas pelarut, sehingga semakin besar
viskositas pelarut maka akan semakin
mengalami kesulitan untuk berdifusi dari fasa
air ke fasa organik, sehingga menurunkan harga
Kd.
Gambar 4. Kurva Hubungan Konsentrasi D2EHPA
Dengan Efisiensi Ekstraksi.
Faktor pisah yang optimum diperoleh
saat konsentrasi D2EHPA 6 %, untuk
pemisahan (Nd-Y) sebesar 2,56. Pada
konsentrasi tersebut Nd terpisah cukup baik
dari pengotor-pengotornya terutama itrium.
Variasi Waktu Pengadukan
Harga koefisien distribusi (Kd), faktor
pisah (FP), dan efisiensi ekstraksi (%E)
disajikan pada Tabel 4.dan Gambar 5.
Perpindahan massa Y, La, Nd, dan Ce dari fasa
air ke dalam fasa organik ditentukan oleh nilai
konstanta difusinya, sehingga perlu dipelajari
pengaruh waktu pengadukan.
444
MV Purwani dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
d[A]
= - k.dt
[A]
Tabel 4. Pengaruh Waktu Pengadukan
Terhadap Kd Dan FP.
Koefisien distribusi
(Kd)
Waktu
(menit)
Ce
Y
La
Faktor pisah
(FP)
∫
Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
5
0,35 0,05 ≈ 0 0,12 0,34 2,31 ≈ ∞
10
0,53 0,10 ≈ 0 0,24 0,46 2,56 ≈ ∞
15
0,68 0,09 ≈ 0 0,23 0,34 2,56 ≈ ∞
20
0,85 0,10 ≈ 0 0,25 0,30 2,47 ≈ ∞
25
0,89 0,09 ≈ 0 0,24 0,27 2,66 ≈ ∞
(Konsentrasi HNO3 5 M, volume FA= FO = 10 mL,
konsentrasi umpan 5 g/10mL, konsentrasi D2EHPA
6 %, kecepatan pengadukan 200 rpm).
[A] = [A]o . e-kt
dengan :
[A] =
[A]o =
k
t
Waktu pengadukan berpengaruh terhadap
kenaikan nilai Kd, waktu kontak antara umpan
dengan ekstraktan D2EHPA dalam kerosen
akan mempengaruhi distribusi Y, La, Nd, dan
Ce ke dalam fasa organik. Semakin lama waktu
kontak antara fasa air dengan fasa organik
selama proses ekstraksi maka semakin banyak
pula jumlah unsur-unsur yang terikat oleh TBP.
Namun pada saat tercapai keadaan setimbang,
jumlah unsur-unsur yang terekstrak tidak lagi
dipengaruhi oleh waktu.
Pada Gambar 5 dapat dilihat bahwa harga
efisiensi ekstraksi Ce akan cenderung naik
dengan bertambahnya waktu pengadukan.
Dengan bertambahnya waktu pengadukan,
reaksi akan semakin sempurna sehingga Ce
yang berpindah ke fasa organik semakin
banyak. Pada Gambar 5 juga dapat dilihat
bahwa untuk unsur Y dan Nd, harga efisiensi
ekstraksi akan optimum pada waktu
pengadukan 10 menit. Dari harga Kd yang
diperoleh, dapat dilihat bahwa unsur yang
paling mudah diekstraksi adalah Ce, disusul
Nd, dan Y. Sedangkan La lebih sulit terekstrak
daripada Nd sehingga La kemungkinan
membutuhkan waktu pengadukan yang lebih
lama dari Nd.
Waktu pengadukan diperlukan yang
cukup untuk terjadinya reaksi dan terbentuknya
hasil reaksi, sehingga reaksi dan hasil reaksi
yang diperoleh maksimal. Kecepatan reaksi,
berkurangnya reaktan, atau bertambahnya hasil
reaksi secara matematis dapat dirumuskan:
-
d[A]
= k [A]
dt
MV Purwani dkk
[A ] d[A]
t
= - ∫ k.dt
0
[A ]o [A]
=
=
(13)
(14)
(15)
konsentrasi A sesudah bereaksi.
konsentrasi A mula-mula (sebelum
bereaksi)
konstanta kecepatan reaksi
waktu reaksi.
Bila reaksi yang berlangsung orde satu
maka akan diperoleh persamaan [A] = [A]o . ekt
. Persamaan ini menunjukkan bahwa dalam
reaksi orde pertama konsentrasi reaktan akan
berkurang secara eksponensial terhadap waktu
sedangkan untuk produk akan bertambah.
Gambar 5. Kurva Hubungan Waktu Pengadukan
Dengan Efisiensi Ekstraksi
Pengambilan
kondisi
yang
baik
berdasarkan besarnya faktor pisah antara Nd
dengan Y, La, dan Ce. Hasil terbaik diperoleh
pada waktu pengadukan 25 menit untuk
pemisahan (Nd-Y) sebesar 2,66.
Kondisi waktu pengadukan yang relatif
baik dipilih pada waktu ekstraksi 15 menit.
Pemilihan ini berdasarkan bahwa pada waktu
tersebut telah memberikan kualitas pemisahan
yang cukup baik, hal ini ditunjukkan oleh nilai
faktor pisah untuk (Nd-Y) sebesar 2,66. Pada
Gambar 5, Nd memberikan efisiensi yang tinggi
pada waktu pengadukan 10 menit, namun
memberikan faktor pisah yang relatif baik pada
waktu pengadukan 25 menit.
(12)
445
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Variasi Kecepatan Pengadukan
Harga koefisien distribusi (Kd) dan faktor
pisah (FP disajikan pada Tabel 5. Terjadinya
perpindahan massa dari fasa air ke fasa organik
disebabkan, karena reaksi kimia dan difusi.
Antara fasa air dan fasa organik terjadi lapisan
antar muka dengan ketebalan imajiner tertentu
yang merupakan hambatan laju perpindahan
massa dari fasa air ke fasa organik atau
sebaliknya. Besarnya tebal lapisan tipis antar
muka ini tergantung kecepatan pengadukan.
Semakin cepat pengadukan, tebal lapisan
untuk terjadinya perpindahan massa semakin
tipis. Ketebalan lapisan ini dapat diperkecil
dengan bertambahnya intensitas pengadukan.
Harga Kd akan bertambah besar dengan
kenaikan kecepatan pengadukan, karena
intensitas terjadinya tumbukan antara reaktan
semakin banyak dan semakin cepat. Dengan
pengadukan yang semakin cepat, tebal lapisan
yang menghambat terjadinya perpindahan
massa karena difusi semakin kecil, tetapi kalau
intensitas pengadukan semakin ditingkatkan,
tebal lapisan yang menghambat terjadinya
difusi sudah sangat tipis dan hampir tidak
punya hambatan lagi karena sudah tidak
mempengaruhi perpindahan massa lagi. Kondisi
optimum yang dipilih berdasarkan harga faktor
pisah terbesar yaitu pada kecepatan 200 rpm.
pencampuran fasa air dan fasa organik dimana
proses pengadukan akan menebarkan solut ke
dalam larutan fasa organik sehingga terjadi
kontak antar fasa. Peristiwa ini akan
meningkatkan perpindahan massa solut dari
umpan ke dalam larutan fasa organik.
Pada Tabel 5 dan Gambar 6
menunjukkan adanya kecenderungan kenaikan
harga Kd dan efisiensi seiring kenaikan
kecepatan pengadukan untuk Y. Jadi untuk Y
semakin besar kecepatan pengadukan, hasil
ekstraksi yang diperoleh juga semakin banyak.
Sedangkan untuk Nd kecepatan pengadukan
yang memberikan harga Kd yang optimum
terjadi pada kecepatan 200 rpm. Kondisi
pemisahan yang relatif baik dipilih pada
kecepatan pengadukan 200 rpm, karena pada
kondisi tersebut telah memberikan faktor pisah
untuk (Nd-Y) sebesar 2,56.
Parameter kecepatan pengadukan penting
dilakukan untuk mengetahui kecepatan yang
optimum. Dilihat dari sisi difusi, laju difusi =
DA ∂ 2CA/ ∂ z2, dimana z adalah jarak atau lebar
yang ditempuh oleh unsur atau senyawa yang
akan mendifusi dari fasa organik atau
sebaliknya. Semakin lebar z difusi semakin
lambat, untuk memperpendek z dilakukan
pengadukan yang semakin cepat.
Tabel 5. Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap
Kd, dan FP
Kec.
(rpm)
Koefisien distribusi
(Kd)
Faktor pisah
(FP)
Ce
Y
La Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
100 ≈ 0 0,13 ≈ 0 0,19 ≈ ∞
1,48 ≈ ∞
150 0,88 0,13 ≈ 0 0,18 0,20 1,37 ≈ ∞
200 0,89 0,09 ≈ 0 0,24 0,27 2,56 ≈ ∞
250 0,80 0,14 ≈ 0 0,17 0,22 1,27 ≈ ∞
300 0,81 0,22 ≈ 0 0,31 0,38 1,40 ≈ ∞
(Konsentrasi HNO3 5 M, volume FA= FO = 10 mL,
konsentrasi umpan 5 g/10mL, konsentrasi D2EHPA
6 %, waktu pengadukan 25 menit).
Gambar 6. Kurva Hubungan Kecepatan Pengadukan
Dengan Efisiensi Ekstraksi
[A]
,
dt
dengan k = konstanta kecepatan reaksi, yang
harganya menurut Arhenius,
Dilihat dari sisi reaksi kimia, k [A] = - d
Proses ekstraksi juga merupakan
peristiwa perpindahan massa dari dua cairan
yang tidak saling larut, sehingga jika tidak
dibantu oleh tenaga dari luar berupa
pengadukan, maka perpidahan massa dari
kedua cairan tersebut akan sangat lambat.
Proses pengadukan ini akan membantu
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
k = Ae-E/RT.
dengan :
A = luas tumbukan
E = energi aktivasi
T = suhu
R = tetapan gas ideal
446
MV Purwani dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Semakin cepat pengadukan reaksi akan
semakin sempurna karena luas tumbukan juga
akan semakin besar.
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian optimasi proses
ekstraksi neodimium dari konsentrat Nd(OH)3
hasil olah pasir monasit dengan ekstraktan
D2EHPA, diperoleh kesimpulan sebagai
berikut: konsentrasi HNO3 yang optimum 5 M,
konsentrasi umpan 5 gram/10 mL, konsentrasi
D2EHPA dalam kerosen 6 %, waktu
pengadukan yang optimum 25 menit, kecepatan
pengadukan 200 rpm. Pada kondisi ini
diperoleh Kd Nd = 0,24; efisiensi ekstraksi Nd
= 19,60 %; FP Nd-La = ≈ ∞; FP Nd-Ce = 0,27
dan FP Nd-Y = 2,66
10. CUTHBERT, 1958, F.L.Thorium Production
Technology.,
Massachusetts,
U.S.A:
Addison-Wesley
Publishing
Company.
INC.hal 122.
11. PRESTON, J.S; 1992, “Solvent-Extraction
Processes For Separation of The Rare-Earth
Metals”, South Africa: Elsevier Science
Publishers B.V. Du Prees
12. LADDA, G.S;. 1976, Transport Phenomena in
Liquid Extraction.New York: Mc-Graw Hill
Publishing, Co., LTD. Hal 20 (). Degallesan,
T.N
13. ATKINS, P.W, 1997, Kimia Fisika. Edisi Ke4. Jilid 2. Terjemahan Irma I, Kartohadiprojo.
Jakarta:Erlangga.
DAFTAR PUSTAKA
1.
DAINTITH JOHN (ed). 1999, Kamus Lengkap
Kimia.
Terjemahan
SuminarAchmadi,
Erlangga., Jakarta:, hal. 293.
2.
http://www.lenntech.com/Periodic-chartelements/ Nd-en.htm, 09-03-2007, 10:12.
3.
NESBITT, E.A, and WERNICK, J.H, 1973,
Rare Earth Permanent Magnets. NewYork:
Academic Press.
4.
PRAKASH
SATYA,
1975,
Advanced
Chemistry of Rare Elements. 4th edition. Ram
Nagar, New Delhi: S. Chand and Co, PVT.
5.
HANSON, C, 1971, Reaction Advances in
Liquid-Liquid
Extraction.
First
Edition.England: Pergamon Press.
6.
KHOPKAR, S.M, 1990, Konsep Dasar Kimia
Analisis.
Terjemahan
A.Saptorahardjo.
Jakarta: UI-Press.
7.
TERAMOTO, et al. 1986, Extraction of
Lanthanoids
by
Liquid
Surfactant
Membranes. Separation Science and
Technologi.
Japan:
Marcel,
Dekker.
Inc.hal:230, 1986
8.
WELTY, R. JAMES; WICKS, E. CHARLES,
WILSON,
E.
ROBERT;
RORRER
GREGORY, 2004, Dasar-Dasar Fenomena
Transport. Volume 3. Edisi Ke-4.
Terjemahan Gunawan Prasetio. Jakarta:
Erlangga.
9.
SOEBAGIO,
ENDANG
BUDIASIH,
M.SADIQ IBNU, HAYUNI RETNO
WIDARTI, MUNZIL, 2003, Kimia Analitik
II. Malang: IMSTEP JICA UNM. 2000:34
MV Purwani dkk
447
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
448
MV Purwani dkk
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
EKSTRAKSI KONSENTRAT NEODIMIUM MEMAKAI
ASAM DI- 2 - ETIL HEKSIL FOSFAT
MV PURWANI, SUYANTI, MUHADI AW
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN
Jl. Babarsari Kotak Pos 1008, DIY 55010
Telp. 0274.488435, Faks 487824
Abstrak
EKSTRAKSI KONSENTRAT NEODIMIUM MEMAKAI ASAM DI- 2 - ETIL HEKSIL FOSFAT. Telah
dilakukan ekstraksi konsentrat Nd hasil olah pasir monasit. Sebagai fasa air adalah konsentrat Nd(OH)3
dalam HNO3 dan sebagai ekstraktan atau fasa organik adalah asam di- 2 - etil heksil fosfat (D2EHPA)
dalam kerosen. Parameter yang diteliti konsentrasi HNO3, konsentrasi umpan, konsentrasi D2EHPA dalam
kerosen, waktu pengadukan dan kecepatan pengadukan .Dari hasil penelitian optimasi proses ekstraksi
neodimium dari konsentrat Nd(OH)3 hasil olah pasir monasit dengan ekstraktan D2EHPA diperoleh
kesimpulan sebagai berikut: konsentrasi HNO3 yang optimum 5 M, konsentrasi umpan 5 gram/10 mL,
konsentrasi D2EHPA – kerosen 6 %, Waktu pengadukan yang optimum 25 menit, kecepatan pengadukan
200 rpm. Pada kondisi ini diperoleh Kd Nd = 0,24; efisiensi ekstraksi Nd = 19,60 %; FP Nd-La = ≈ ∞
(mendekati tak terhingga); FP Nd-Ce =0,27 ( FP Ce – Nd = 3,71 ) dan FP Nd-Y = 2,56.
Kata kunci : Ekstraksi, Neodimium, D2EHPA
Abstract
THE EXTRACTION OF NEODIMIUM CONCENTRATE USING DI – ETHYL HEXYL PHOSPHORIC
ACID. The Extraction of Neodimium concentrate product from monazite sand has been done. The aquous
phase was Nd(OH)3 in Nd(OH)3 and organic phase was or solvent di – ethyl hexyl phosphoric acid (D2EHPA)
in kerosene. The concentration of HNO3, concentration of feed, concentration of D2EHPA in kerosene, time
and rate of agitation were observed from the optimation of extraction process neodimium from Nd(OH)3
concentrated with D2EHPA, were obtained: concentration of HNO3 was 5 M, concentration of feed was 5
gram/10 mL, time concentration of D2EHPA in kerosene was 6 %, time of agitation was 25 minutes and rate
of agitation was 200 rpm.. At this condition wee otained Kd Nd = 0,24; extraction afficiency of Nd = 19,60
%. Separation Factor ( SF ) of SF Nd-La = ≈ ∞ (infinte); SF Nd-Ce =0,27 ( SF Ce – Nd = 3,71 ) and SF NdY = 2,56.
Keywords: Extraction, Neudinium, D2EHPA
PENDAHULUAN
Neodimium ditemukan oleh Welsbach
pada tahun 1885. Unsur tersebut mempunyai
nomor atom 60, massa atom 144,2 g mol-1,
densitas 7,0 g cm-3, titik leleh 1024 oC, dan titik
didih 3047oC[1]. Neodimium termasuk unsur
logam tanah jarang yang keberadaannya
berlimpah setelah serium, dapat ditemukan
dalam pasir monasit, termasuk dalam golongan
lantanida. Neodimium merupakan
logam
MV Purwani dkk
kuning keperakan yang berkilauan serta sangat
reaktif, merupakan salah satu unsur tanah
jarang yang dapat ditemukan pada peralatanperalatan rumah seperti televisi berwarna,
lampu pijar, dan lampu hemat energi.
Campuran logam neodimium, besi, dan boron
digunakan dalam pembuatan magnet permanen.
Magnet ini adalah bagian dari komponen
kendaraan, selain itu digunakan untuk
penyimpan data pada komputer dan digunakan
pada loudspeaker[2, 3]
439
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Pasir monasit adalah mineral yang
mempunyai bentuk ikatan fosfat yang
mengandung Th dan logam tanah jarang (LTJ).
Rumus kimia pasir monasit secara umum
dituliskan (LTJ-Th)PO4[4]. Di Indonesia pasir
monasit yang diperoleh dalam pasir dari
Bangka yang merupakan hasil samping
pengolahan timah dari penambangan timah oleh
PT. Timah. Hasil samping ini berupa pasir yang
dibuang di laut Bangka dan sekitarnya.
Neodimium hidroksida merupakan hasil olah
pasir monasit.
Pemisahan Nd dari konsentrat Nd(OH)3
hasil olah pasir monasit perlu dilakukan
mengingat akan kegunaan dan harga Nd yang
mahal. Untuk memisahkan Nd dilakukan
dengan proses ekstraksi pelarut. Ekstraksi
pelarut menyangkut distribusi suatu zat terlarut
(solut) di antara dua fasa air yang tidak saling
bercampur[3]. Teknik ekstraksi sangat berguna
untuk pemisahan secara cepat dan “bersih” baik
untuk zat organik maupun zat anorganik. Cara
ini dapat digunakan untuk analisis makro
maupun mikro. Melalui proses ekstraksi, ion
logam dalam pelarut air ditarik keluar dengan
suatu pelarut organik (fasa organik). Secara
umum, ekstraksi ialah proses penarikan suatu
zat terlarut dari larutannya di dalam air oleh
suatu pelarut lain yang tidak dapat bercampur
dengan air (fasa air). Tujuan ekstraksi ialah
memisahkan
suatu
komponen
dari
campurannya dengan menggunakan pelarut.
Menurut Khopkar[6], beberapa cara dapat
mengklasifikasikan sistem ekstraksi. Cara
klasik adalah mengklasifikasikan berdasarkan
sifat zat yang diekstraksi, sebagai khelat atau
sistem ion berasosiasi. Ada sistim ekstraksi
yang melibatkan pembentukan pasangan ion.
Ekstraksi berlangsung melalui pembentukan
spesies netral yang tidak bermuatan diekstraksi
ke fasa organik.
Pada penelitian sebelumnya telah
dilakukan ekstraksi dengan tri butil fosfat
(TBP). Hasil yang telah dicapai dari ekstraksi
Nd dengan TBP-kerosen 15% adalah Kd Nd =
0,2; efisiensi ekstraksi Nd = 17,00 %; FP Nd-La
= ≈ ∞ (mendekati tak terhingga); FP Nd-Ce
=0,20 dan FP Nd-Y = 4,36. dengan pemakaian
TBP – Kerosen 15%. Untuk meningkatkan hasil
ekstraksi, dalam percobaan ini dicoba dipakai
Asam di-2-etil heksil fosfat (D2EHP) sebagai
solven, karena D2EHPA merupakan senyawa
yang lebih kuat untuk mengekstrak Nd.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
Asam di-2-etil heksil fosfat (D2EHPA)
merupakan donor yang kuat, yang mempunyai
satu atom H yang dapat digantikan oleh ion-ion
logam, sehingga senyawa ini biasa disebut
dengan senyawa penukar ion. Di samping itu
senyawa D2EHPA mempunyai gugus P=O yang
dapat berkoordinasi dengan ion logam.
Diketahui pelarut D2EHPA biasanya berada
dalam dimer (H2X2) yang tersusun sebagai dua
molekul D2EHPA. Pada keadaan ini akan saling
mengadakan ikatan hidrogen intra molekuler
dengan ion logam yang diekstraksi dengan
hanya memutus satu atau dua ikatan hidrogen
yang terjadi di dalam dimmer. Asam di-2-etil
heksil fosfat memiliki berat jenis 0,97 dan
massa molekul relatifnya adalah 322,43 g/ mol.
Rumus struktur D2EHPA dapat dilihat pada
Gambar 1.
M 3+ + 3 (H 2 X 2 ) ↔ [M (X )3 (HX )3 ] + 3H +
(1)
Reaksi kimia yang terjadi antara logam
tanah jarang dengan D2EHPA adalah sebagai
berikut:
Gambar 1. Rumus struktur D2EHPA
Pada banyak sistem ekstraksi, ekstraktan
dilarutkan dengan suatu pengencer yang tidak
saling bereaksi yang disebut diluen. Pemakaian
diluen terutama untuk memperbaiki sifat fisika
dari fasa organik.
Pelarut
organik
sebagian
besar
mempunyai berat jenis dan kekentalan tinggi,
maka
menyebabkan
sukarnya
proses
pemindahan solut dari fasa air ke fasa organik.
Untuk
mempermudah
proses
tersebut
kekentalan fasa organik harus diturunkan
dengan cara menambahkan pengencer organik.
Salah satu pengencer organik yang sering
digunakan adalah kerosin.
440
MV Purwani dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Menurut
penelitian
Teramoto[7],
neodimium dan lantanum dapat dipisahkan
dengan cara ekstraksi menggunakan ekstraktan
D2EHPA. Pada penelitian tersebut dapat
diketahui bahwa logam yang mempunyi berat
atom lebih besar akan terekstrak lebih cepat.
Menurut hukum distribusi Nerst[8], bila
ke dalam dua pelarut yang tidak saling
bercampur dimasukkan solut yang dapat larut
dalam kedua pelarut tersebut maka akan terjadi
pembagian kelarutan. Dalam praktek solut akan
terdistribusi dengan sendirinya ke dalam dua
pelarut tersebut setelah dikocok dan dibiarkan
terpisah. Perbandingan konsentrasi solut di
dalam kedua pelarut tersebut tetap, dan
merupakan suatu tetapan pada suhu tetap.
Tetapan tersebut disebut tetapan distribusi atau
koefisien distribusi. Koefisien distribusi
dinyatakan dengan rumus sebagai berikut:
C
C
Kd = 2 atau Kd = o
(2)
C1
Ca
Dengan Kd = koefisien distribusi dan C1, C2, Co,
dan Ca masing-masing adalah konsentrasi solut
pada pelarut 1, 2, organik, dan air. Dari rumus
tersebut jika harga Kd besar, solut secara
kuantitatif akan cenderung terdistribusi lebih
banyak ke dalam pelarut organik, begitu pula
terjadi sebaliknya[9].
Sebagai ukuran keberhasilan untuk suatu
proses ekstraksi sering digunakan besaran
berupa faktor pisah (FP) yakni perbandingan
antara koefisien distribusi suatu unsur dengan
koefisien distribusi unsur yang lainnya.
Persamaan untuk memperoleh FP adalah:
K d1
FP =
(3)
Kd2
Kd1 adalah koefisien distribusi unsur 1
dan Kd2 adalah koefisien distribusi unsur 2.
Efektifitas dalam proses ekstraksi dapat
dinyatakan dengan persen solut yang terekstrak
yang dapat diperoleh dengan persamaan sebagai
berikut:
C
E = 2 × 100%
(4)
F
dengan E adalah efisiensi ekstraksi (%),
C2 adalah konsentrasi solut dalam fasa organik,
dan F adalah konsentrasi umpan untuk
ekstraksi.
MV Purwani dkk
BAHAN DAN TATA KERJA
Bahan
Konsentrat Nd(OH)3 hasil olah pasir
monasit, larutan HNO3 teknis, larutan D2EHPA,
larutan kerosen, akuades , bahan LTJ murni
untuk standar analisis
Alat
Spektrometer pendar sinar X (Ortec
7010), Pengaduk dan pemanas magnetik (Ika ®
Werke), Timbangan (Sartorius 2464), Gelas
kimia berbagai ukuran, Labu ukur berbagai
ukuran, Botol semprot, Pipet volume, Propipet,
Botol kecil ukuran 10 mL Vial, Spex film
TATA KERJA
Variasi Konsentrasi HNO3
Pembuatan larutan HNO3 1, 2, 3, 4, dan 5
M dari larutan HNO3 D2EHPA - kerosen 6 %
sebanyak 100 mL Pembuatan larutan umpan
dilakukan dengan melarutkan masing-masing
20 gram konsentrat Nd(OH)3 ke dalam 100 mL
larutan HNO3 1, 2, 3, 4, dan 5 M. Kemudian
dianalisis dengan spektrometer pendar sinar X.
Memasukkan masing-masing 10 mL larutan
umpan dengan berbagai variasi konsentrasi
asam, ke dalam lima buah gelas kimia 50 mL.
Sebanyak 10 mL larutan D2EHPA 6 %-kerosen
ditambahkan ke dalam larutan tersebut,
kemudian diaduk dengan pengaduk magnetik
selama 15 menit dengan kecepatan 200 rpm.
Memisahkan fasa air dengan fasa organik
hasil ekstraksi untuk tiap konsentrasi, kemudian
dimasukkan ke dalam botol. Mengambil 5 mL
fasa air dari botol dan dimasukkan ke dalam
botol lain untuk selanjutnya dianalisis dengan
spektrometer pendar-sinar X. Konsentrasi
HNO3 yang memiliki faktor pisah tertinggi
digunakan untuk analisis selanjutnya.
Variasi Konsentrasi Umpan
Sebanyak 3, 4, 6, dan 7 gram konsentrat
Nd(OH)3 dilarutkan ke dalam 25 mL larutan
HNO3 yang mempunyai faktor pisah tertinggi
pada variasi konsentrasi HNO3 untuk masingmasing ekstraktan. Pelarutan dilakukan sedikit
demi sedikit dengan pengadukan disertai
pemanasan. Memasukkan masing-masing 10
mL larutan umpan dengan berbagai variasi
konsentrasi umpan ke dalam lima buah gelas
441
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
kimia 50 mL. Sebanyak 10 mL larutan
D2EHPA 6 %-kerosen ditambahkan ke dalam
larutan tersebut, kemudian diaduk dengan
pengaduk magnetik selama 15 menit dengan
kecepatan 200 rpm. Umpan yang memiliki
faktor pisah tertinggi digunakan untuk analisis
selanjutnya.
Variasi Konsentrasi Ekstraktan
Pembuatan larutan D2EHPA 5, 6, 7, 8
dan 10 % dalam kerosen sebanyak 10
mL.Memasukkan masing-masing 10 mL larutan
umpan yang memiliki faktor pisah tertinggi
hasil ekstraksi variasi konsentrasi umpan ke
dalam lima buah gelas kimia 50 mL. Sebanyak
10 mL larutan D2EHPA-kerosen dengan
berbagai variasi konsentrasi (5, 6, 7, 8 dan 10
%) ditambahkan ditambahkan secara berturutturut ke dalam masing-masing larutan tersebut,
kemudian diaduk dengan pengaduk magnetik
selama 15 menit dengan kecepatan 200 rpm.
Konsentrasi ekstraktan yang memiliki faktor
pisah tertinggi digunakan untuk analisis
selanjutnya.
Dilihat dari reaksi yang terjadi maka
dengan bertambahnya konsentrasi HNO3 akan
semakin menambah terbentuknya ion H+,
sehingga reaksi akan bergeser kekiri.
Disamping itu adanya HNO3 berlebih akan
mensolvasi D2EHPA dan menyebabkan
penurunan jumlah D2EHPA untuk bereaksi
dengan logam.
Tabel 1. Pengaruh konsentrasi HNO3
Terhadap Kd dan FP
HNO3
(M)
Reaksi yang terjadi adalah:
H + + NO 3− ↔ HNO 3(a )
(5)
HNO 3(a ) ↔ HNO 3(o )
(6)
Nd (OH )3 + 3HNO 3 → Nd (NO 3 )3 + 3H 2 O (7)
Variasi Kecepatan Pengadukan
Memasukkan masing-masing 10 mL
larutan umpan dengan kondisi ekstraksi optimal
ke dalam lima buah gelas kimia 25 mL.
Sebanyak 10 mL larutan D2EHPA 6 % -kerosen
dengan kondisi ekstraksi optimal ditambahkan
ke dalam masing-masing larutan tersebut,
kemudian diaduk dengan pengaduk magnetik
dengan waktu pengadukan yang memberikan
faktor pisah tertinggi dengan kecepatan 100,
150, 250, dan 300 rpm.
Faktor pisah
(FP)
Ce Y
La
Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
1 ≈ 0 0,41 ≈ 0 0,08
0,19 ≈ ∞
≈∞
2 0,31 0,20 ≈ 0 0,33
1,08
1,68 ≈ ∞
0,89
2,40 ≈ ∞
3 0,34 0,13 ≈ 0 0,31
0,77
2,20 ≈ ∞
4 0,34 0,12 ≈ 0 0,27
0,34
2,56 ≈ ∞
5 0,68 0,09 ≈ 0 0,23
(Konsentrasi umpan 5 g/10 mL, volume FA = FO
= 10 mL, konsentrasi D2EHPA-kerosen 6 %,
kecepatan pengadukan 200 rpm, waktu
pengadukan 15 menit).
Variasi Waktu Pengadukan
Memasukkan masing-masing 10 mL
larutan umpan dengan kondisi ekstraksi
D2EHPA 6 %-kerosen dengan kondisi ekstraksi
optimal ditambahkan ke dalam masing-masing
larutan tersebut, kemudian diaduk dengan
pengaduk magnetik selama 5, 10, 20, dan 25
Waktu pengadukan yang memiliki faktor pisah
tertinggi digunakan untuk analisis selanjutnya.
Koefisien distribusi
(Kd)
[H 2 R 2 ] + 2HNO 3
↔ 2(HR.HNO 3 )
Nd3+ + 2 (HR.HNO3 ) ↔ Nd(NO3 )3.2(HR ) + 2H+
(8)
(9)
Dengan demikian akan menurunkan laju
perpindahan unsur ke fasa organik dan
menyebabkan penurunan harga Kd.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Variasi Konsentrasi HNO3
Harga koefisien distribusi (Kd), faktor
pisah (FP), dan efisiensi ekstraksi (%E)
disajikan pada Tabel 1.
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
442
MV Purwani dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Tabel 2. Pengaruh Konsentrasi Umpan Terhadap
Kd,dan Faktor Pisah (FP)
Umpan
(g/10mL)
Gambar 2. Kurva Hubungan Konsentrasi HNO3
Dengan Efisiensi Ekstraksi Menggunakan
Ekstraktan D2EHPA-Kerosen
Proses ekstraksi menggunakan ekstraktan
D2EHPA menghasilkan koefisien distribusi dan
efisiensi ekstraksi seperti yang tersaji pada
Gambar 2 Neodimium akan terekstrak lebih
cepat
daripada
lantanum
sehingga
menghasilkan nilai koefisien distribusi dan
efisiensi ekstraksi yang lebih besar daripada La.
Hal tersebut sesuai dengan pernyataan
Teramoto, et al (1986:238) bahwa logam yang
mempunyai nomor atom lebih besar pada unsur
lantanida akan terekstrak lebih cepat dengan
ekstraktan D2EHPA. Serium (Ce) mempunyai
harga Kd dan efisiensi yang besar karena
mempunyai valensi empat sehingga terekstrak
lebih banyak dari yang lain, sedangkan Y
terekstrak dengan baik karena Y tidak termasuk
logam tanah jarang.
Besarnya faktor pisah untuk variasi
konsentrasi HNO3 dengan ekstraktan D2EHPAkerosen dapat dilihat pada Tabel 1. Kondisi
optimum pemisahan neodimium terjadi pada
konsentrasi HNO3 5 M dengan faktor pisah
sebesar 2,56 untuk Nd-Y, efisiensi ekstraksi Nd
= .40,4%.
Variasi Konsentrasi Umpan
Harga koefisien distribusi (Kd), faktor
pisah (FP), dan efisiensi ekstraksi (%E)
disajikan pada Tabel 2.
MV Purwani dkk
Koefisien distribusi
(Kd)
Faktor pisah
(FP)
Ce
Y
La
Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
0
3
0,32 ≈ 0 0,02 ≈ 0 ≈ 0 ≈ ∞
4
0,36 0,02 ≈ 0 ≈ 0 ≈ 0 ≈ 0 ≈ ∞
5
0,68 0,09 ≈ 0 0,23 0,34 2,56 ≈ ∞
6
1,21 0,13 0,09 0,19 0,16 1,45 2,05
7
0,94 0,09 0,08 0,17 0,18 1,85 2,06
(Konsentrasi HNO3 5 M, volume FA = FO = 10 mL,
konsentrasi D2EHPA kerosen 6 %, kecepatan
pengadukan 200 rpm, waktu pengadukan 15 menit).
Pada Gambar 3 dapat dilihat bahwa
kondisi ekstraksi akan cenderung naik seiring
kenaikan umpan. Pada konsentrasi umpan 6
g/10mL, cenderung memberikan koefisien
distribusi yang paling tinggi, namun pada
kondisi tersebut Nd tidak terpisah dengan baik
dari pengotor-pengotornya, maka berdasarkan
faktor pisahnya yang paling besar diambil
konsentrasi umpan yang paling baik adalah 5
g/10mL.
Gambar 3. Kurva Hubungan Konsentrasi Umpan
Dengan Efisiensi Ekstraksi.
Setelah melewati konsentrasi umpan
6g/10mL, efisiensi ekstraksi cenderung turun
disebabkan fasa air mengalami kejenuhan,
sehingga difusi Nd, Y, La, dan Ce ke fasa
organik menjadi semakin kecil.
Salah
satu
faktor
yang
sangat
berpengaruh terhadap kecepatan perpindahan
massa dari fasa air (FA) ke fasa organik (FO)
adalah besarnya konsentrasi solut dalam
umpan. Hal ini dapat dijelaskan dengan hukum
Fick (Welty, 2002:7):
dC A
(10)
J A,Z = − D AB
dz
443
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
dengan :
JA,Z =
DAB =
c
=
z
=
kecepatan pengadukan 200 rpm, waktu pengadukan
15 menit).
kecepatan transfer massa
difusivitas massa
konsentrasi
lebar lapisan antar fasa
Hal ini dapat dijelaskan melalui
persamaan Stokes-Einstein sebagai berikut
(Welty, 2002:19):
Dari persamaan tersebut dapat diketahui
bahwa variabel konsentrasi berbanding lurus
dengan kecepatan transfer massa, sehingga
semakin besar konsentrasi akan semakin besar
pula kecepatan perpindahan massa.
Pengambilan
kondisi
yang
baik
berdasarkan besarnya faktor pisah antara Nd
dengan Y, La, dan Ce. Hasil terbaik diperoleh
pada konsentrasi umpan 5 g/10mL untuk faktor
pisah (Nd-Y) sebesar 2,56
Variasi Konsentrasi Ekstraktan
Harga koefisien distribusi (Kd), faktor
pisah (FP), dan efisiensi ekstraksi (%E)
disajikan pada Tabel 3. dan Gambar 4 yaitu
kurva hubungan (%E) dengan konsentrasi
ekstraktan. Dari Tabel 3 dan Gambar 4 dapat
dilihat bahwa semakin besar konsentrasi
D2EHPA maka harga Kd akan semakin
meningkat, karena semakin tinggi konsentrasi
D2EHPA maka semakin banyak membentuk
kompleks dengan logam. Serium, lantanum dan
neodimium memiliki harga Kd yang tinggi pada
konsentrasi ekstraktan 10 %, namun tidak
memberikan faktor pemisahan yang baik pada
konsentrasi tersebut.
Faktor pisah yang optimum diperoleh
saat konsentrasi D2EHPA 6 %, untuk
pemisahan (Nd-Y) sebesar 2,56. Pada
konsentrasi tersebut Nd terpisah cukup baik
dari pengotor-pengotornya terutama itrium.
Tabel 3. Pengaruh Konsentrasi Ekstraktan Terhadap
Kd dan FP.
D2EHPA
(%)
Koefisien distribusi
(Kd)
Faktor pisah
(FP)
Ce
Y
La Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
2
0,21 0,02 ≈ 0 0,05 0,23 2,46 ≈ ∞
4
0,24 0,02 ≈ 0 0,05 0,19 2,38 ≈ ∞
6
0,68 0,09 ≈ 0 0,23 0,34 2,56 ≈ ∞
8
3,45 0,36 ≈ 0 0,41 0,12 1,15 ≈ ∞
10
8,34 0,44 ≈ 0 0,50 0,06 1,14 ≈ ∞
(Konsentrasi HNO3 5 M, volume FA= FO = 10 mL,
konsentrasi umpan 5 g/10mL
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
DAB =
dengan :
DAB =
k
T
R
µB
=
=
=
=
kT
6π rµ B
(11)
difusivitas dari A di dalam larutan
encer dalam B
konstanta Boltzmann
suhu
jari-jari partikel zat terlarut
viskositas pelarut
Dari persamaan tersebut dapat diketahui
bahwa difusivitas berbanding terbalik dengan
viskositas pelarut, sehingga semakin besar
viskositas pelarut maka akan semakin
mengalami kesulitan untuk berdifusi dari fasa
air ke fasa organik, sehingga menurunkan harga
Kd.
Gambar 4. Kurva Hubungan Konsentrasi D2EHPA
Dengan Efisiensi Ekstraksi.
Faktor pisah yang optimum diperoleh
saat konsentrasi D2EHPA 6 %, untuk
pemisahan (Nd-Y) sebesar 2,56. Pada
konsentrasi tersebut Nd terpisah cukup baik
dari pengotor-pengotornya terutama itrium.
Variasi Waktu Pengadukan
Harga koefisien distribusi (Kd), faktor
pisah (FP), dan efisiensi ekstraksi (%E)
disajikan pada Tabel 4.dan Gambar 5.
Perpindahan massa Y, La, Nd, dan Ce dari fasa
air ke dalam fasa organik ditentukan oleh nilai
konstanta difusinya, sehingga perlu dipelajari
pengaruh waktu pengadukan.
444
MV Purwani dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
d[A]
= - k.dt
[A]
Tabel 4. Pengaruh Waktu Pengadukan
Terhadap Kd Dan FP.
Koefisien distribusi
(Kd)
Waktu
(menit)
Ce
Y
La
Faktor pisah
(FP)
∫
Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
5
0,35 0,05 ≈ 0 0,12 0,34 2,31 ≈ ∞
10
0,53 0,10 ≈ 0 0,24 0,46 2,56 ≈ ∞
15
0,68 0,09 ≈ 0 0,23 0,34 2,56 ≈ ∞
20
0,85 0,10 ≈ 0 0,25 0,30 2,47 ≈ ∞
25
0,89 0,09 ≈ 0 0,24 0,27 2,66 ≈ ∞
(Konsentrasi HNO3 5 M, volume FA= FO = 10 mL,
konsentrasi umpan 5 g/10mL, konsentrasi D2EHPA
6 %, kecepatan pengadukan 200 rpm).
[A] = [A]o . e-kt
dengan :
[A] =
[A]o =
k
t
Waktu pengadukan berpengaruh terhadap
kenaikan nilai Kd, waktu kontak antara umpan
dengan ekstraktan D2EHPA dalam kerosen
akan mempengaruhi distribusi Y, La, Nd, dan
Ce ke dalam fasa organik. Semakin lama waktu
kontak antara fasa air dengan fasa organik
selama proses ekstraksi maka semakin banyak
pula jumlah unsur-unsur yang terikat oleh TBP.
Namun pada saat tercapai keadaan setimbang,
jumlah unsur-unsur yang terekstrak tidak lagi
dipengaruhi oleh waktu.
Pada Gambar 5 dapat dilihat bahwa harga
efisiensi ekstraksi Ce akan cenderung naik
dengan bertambahnya waktu pengadukan.
Dengan bertambahnya waktu pengadukan,
reaksi akan semakin sempurna sehingga Ce
yang berpindah ke fasa organik semakin
banyak. Pada Gambar 5 juga dapat dilihat
bahwa untuk unsur Y dan Nd, harga efisiensi
ekstraksi akan optimum pada waktu
pengadukan 10 menit. Dari harga Kd yang
diperoleh, dapat dilihat bahwa unsur yang
paling mudah diekstraksi adalah Ce, disusul
Nd, dan Y. Sedangkan La lebih sulit terekstrak
daripada Nd sehingga La kemungkinan
membutuhkan waktu pengadukan yang lebih
lama dari Nd.
Waktu pengadukan diperlukan yang
cukup untuk terjadinya reaksi dan terbentuknya
hasil reaksi, sehingga reaksi dan hasil reaksi
yang diperoleh maksimal. Kecepatan reaksi,
berkurangnya reaktan, atau bertambahnya hasil
reaksi secara matematis dapat dirumuskan:
-
d[A]
= k [A]
dt
MV Purwani dkk
[A ] d[A]
t
= - ∫ k.dt
0
[A ]o [A]
=
=
(13)
(14)
(15)
konsentrasi A sesudah bereaksi.
konsentrasi A mula-mula (sebelum
bereaksi)
konstanta kecepatan reaksi
waktu reaksi.
Bila reaksi yang berlangsung orde satu
maka akan diperoleh persamaan [A] = [A]o . ekt
. Persamaan ini menunjukkan bahwa dalam
reaksi orde pertama konsentrasi reaktan akan
berkurang secara eksponensial terhadap waktu
sedangkan untuk produk akan bertambah.
Gambar 5. Kurva Hubungan Waktu Pengadukan
Dengan Efisiensi Ekstraksi
Pengambilan
kondisi
yang
baik
berdasarkan besarnya faktor pisah antara Nd
dengan Y, La, dan Ce. Hasil terbaik diperoleh
pada waktu pengadukan 25 menit untuk
pemisahan (Nd-Y) sebesar 2,66.
Kondisi waktu pengadukan yang relatif
baik dipilih pada waktu ekstraksi 15 menit.
Pemilihan ini berdasarkan bahwa pada waktu
tersebut telah memberikan kualitas pemisahan
yang cukup baik, hal ini ditunjukkan oleh nilai
faktor pisah untuk (Nd-Y) sebesar 2,66. Pada
Gambar 5, Nd memberikan efisiensi yang tinggi
pada waktu pengadukan 10 menit, namun
memberikan faktor pisah yang relatif baik pada
waktu pengadukan 25 menit.
(12)
445
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Variasi Kecepatan Pengadukan
Harga koefisien distribusi (Kd) dan faktor
pisah (FP disajikan pada Tabel 5. Terjadinya
perpindahan massa dari fasa air ke fasa organik
disebabkan, karena reaksi kimia dan difusi.
Antara fasa air dan fasa organik terjadi lapisan
antar muka dengan ketebalan imajiner tertentu
yang merupakan hambatan laju perpindahan
massa dari fasa air ke fasa organik atau
sebaliknya. Besarnya tebal lapisan tipis antar
muka ini tergantung kecepatan pengadukan.
Semakin cepat pengadukan, tebal lapisan
untuk terjadinya perpindahan massa semakin
tipis. Ketebalan lapisan ini dapat diperkecil
dengan bertambahnya intensitas pengadukan.
Harga Kd akan bertambah besar dengan
kenaikan kecepatan pengadukan, karena
intensitas terjadinya tumbukan antara reaktan
semakin banyak dan semakin cepat. Dengan
pengadukan yang semakin cepat, tebal lapisan
yang menghambat terjadinya perpindahan
massa karena difusi semakin kecil, tetapi kalau
intensitas pengadukan semakin ditingkatkan,
tebal lapisan yang menghambat terjadinya
difusi sudah sangat tipis dan hampir tidak
punya hambatan lagi karena sudah tidak
mempengaruhi perpindahan massa lagi. Kondisi
optimum yang dipilih berdasarkan harga faktor
pisah terbesar yaitu pada kecepatan 200 rpm.
pencampuran fasa air dan fasa organik dimana
proses pengadukan akan menebarkan solut ke
dalam larutan fasa organik sehingga terjadi
kontak antar fasa. Peristiwa ini akan
meningkatkan perpindahan massa solut dari
umpan ke dalam larutan fasa organik.
Pada Tabel 5 dan Gambar 6
menunjukkan adanya kecenderungan kenaikan
harga Kd dan efisiensi seiring kenaikan
kecepatan pengadukan untuk Y. Jadi untuk Y
semakin besar kecepatan pengadukan, hasil
ekstraksi yang diperoleh juga semakin banyak.
Sedangkan untuk Nd kecepatan pengadukan
yang memberikan harga Kd yang optimum
terjadi pada kecepatan 200 rpm. Kondisi
pemisahan yang relatif baik dipilih pada
kecepatan pengadukan 200 rpm, karena pada
kondisi tersebut telah memberikan faktor pisah
untuk (Nd-Y) sebesar 2,56.
Parameter kecepatan pengadukan penting
dilakukan untuk mengetahui kecepatan yang
optimum. Dilihat dari sisi difusi, laju difusi =
DA ∂ 2CA/ ∂ z2, dimana z adalah jarak atau lebar
yang ditempuh oleh unsur atau senyawa yang
akan mendifusi dari fasa organik atau
sebaliknya. Semakin lebar z difusi semakin
lambat, untuk memperpendek z dilakukan
pengadukan yang semakin cepat.
Tabel 5. Pengaruh Kecepatan Pengadukan Terhadap
Kd, dan FP
Kec.
(rpm)
Koefisien distribusi
(Kd)
Faktor pisah
(FP)
Ce
Y
La Nd Nd-Ce Nd-Y Nd-La
100 ≈ 0 0,13 ≈ 0 0,19 ≈ ∞
1,48 ≈ ∞
150 0,88 0,13 ≈ 0 0,18 0,20 1,37 ≈ ∞
200 0,89 0,09 ≈ 0 0,24 0,27 2,56 ≈ ∞
250 0,80 0,14 ≈ 0 0,17 0,22 1,27 ≈ ∞
300 0,81 0,22 ≈ 0 0,31 0,38 1,40 ≈ ∞
(Konsentrasi HNO3 5 M, volume FA= FO = 10 mL,
konsentrasi umpan 5 g/10mL, konsentrasi D2EHPA
6 %, waktu pengadukan 25 menit).
Gambar 6. Kurva Hubungan Kecepatan Pengadukan
Dengan Efisiensi Ekstraksi
[A]
,
dt
dengan k = konstanta kecepatan reaksi, yang
harganya menurut Arhenius,
Dilihat dari sisi reaksi kimia, k [A] = - d
Proses ekstraksi juga merupakan
peristiwa perpindahan massa dari dua cairan
yang tidak saling larut, sehingga jika tidak
dibantu oleh tenaga dari luar berupa
pengadukan, maka perpidahan massa dari
kedua cairan tersebut akan sangat lambat.
Proses pengadukan ini akan membantu
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
k = Ae-E/RT.
dengan :
A = luas tumbukan
E = energi aktivasi
T = suhu
R = tetapan gas ideal
446
MV Purwani dkk
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Semakin cepat pengadukan reaksi akan
semakin sempurna karena luas tumbukan juga
akan semakin besar.
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian optimasi proses
ekstraksi neodimium dari konsentrat Nd(OH)3
hasil olah pasir monasit dengan ekstraktan
D2EHPA, diperoleh kesimpulan sebagai
berikut: konsentrasi HNO3 yang optimum 5 M,
konsentrasi umpan 5 gram/10 mL, konsentrasi
D2EHPA dalam kerosen 6 %, waktu
pengadukan yang optimum 25 menit, kecepatan
pengadukan 200 rpm. Pada kondisi ini
diperoleh Kd Nd = 0,24; efisiensi ekstraksi Nd
= 19,60 %; FP Nd-La = ≈ ∞; FP Nd-Ce = 0,27
dan FP Nd-Y = 2,66
10. CUTHBERT, 1958, F.L.Thorium Production
Technology.,
Massachusetts,
U.S.A:
Addison-Wesley
Publishing
Company.
INC.hal 122.
11. PRESTON, J.S; 1992, “Solvent-Extraction
Processes For Separation of The Rare-Earth
Metals”, South Africa: Elsevier Science
Publishers B.V. Du Prees
12. LADDA, G.S;. 1976, Transport Phenomena in
Liquid Extraction.New York: Mc-Graw Hill
Publishing, Co., LTD. Hal 20 (). Degallesan,
T.N
13. ATKINS, P.W, 1997, Kimia Fisika. Edisi Ke4. Jilid 2. Terjemahan Irma I, Kartohadiprojo.
Jakarta:Erlangga.
DAFTAR PUSTAKA
1.
DAINTITH JOHN (ed). 1999, Kamus Lengkap
Kimia.
Terjemahan
SuminarAchmadi,
Erlangga., Jakarta:, hal. 293.
2.
http://www.lenntech.com/Periodic-chartelements/ Nd-en.htm, 09-03-2007, 10:12.
3.
NESBITT, E.A, and WERNICK, J.H, 1973,
Rare Earth Permanent Magnets. NewYork:
Academic Press.
4.
PRAKASH
SATYA,
1975,
Advanced
Chemistry of Rare Elements. 4th edition. Ram
Nagar, New Delhi: S. Chand and Co, PVT.
5.
HANSON, C, 1971, Reaction Advances in
Liquid-Liquid
Extraction.
First
Edition.England: Pergamon Press.
6.
KHOPKAR, S.M, 1990, Konsep Dasar Kimia
Analisis.
Terjemahan
A.Saptorahardjo.
Jakarta: UI-Press.
7.
TERAMOTO, et al. 1986, Extraction of
Lanthanoids
by
Liquid
Surfactant
Membranes. Separation Science and
Technologi.
Japan:
Marcel,
Dekker.
Inc.hal:230, 1986
8.
WELTY, R. JAMES; WICKS, E. CHARLES,
WILSON,
E.
ROBERT;
RORRER
GREGORY, 2004, Dasar-Dasar Fenomena
Transport. Volume 3. Edisi Ke-4.
Terjemahan Gunawan Prasetio. Jakarta:
Erlangga.
9.
SOEBAGIO,
ENDANG
BUDIASIH,
M.SADIQ IBNU, HAYUNI RETNO
WIDARTI, MUNZIL, 2003, Kimia Analitik
II. Malang: IMSTEP JICA UNM. 2000:34
MV Purwani dkk
447
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
SEMINAR NASIONAL IV
SDM TEKNOLOGI NUKLIR
YOGYAKARTA, 25-26 AGUSTUS 2008
ISSN 1978-0176
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir - BATAN
448
MV Purwani dkk